皮劃艇激流回旋航道水流的數(shù)值模擬與力量測(cè)試

前言

皮劃艇激流回旋項(xiàng)目在我國(guó)于2001年開(kāi)始增設(shè)，雖然起步較晚，但已獲得亞洲冠軍和第二十七屆奧運(yùn)會(huì)決賽資格的好成績(jī)。由于參加奧運(yùn)會(huì)的需要，國(guó)家體育總局組織了科技攻關(guān)小組，攻關(guān)小組不僅對(duì)皮劃艇激流回旋項(xiàng)目的技術(shù)進(jìn)行了研究，而且在理論上進(jìn)行了探討。激流回旋項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)技術(shù)實(shí)際上并沒(méi)有一個(gè)定式，技術(shù)規(guī)范只是表面現(xiàn)象。技術(shù)應(yīng)該與水流的變化有機(jī)地結(jié)合，技術(shù)的好壞應(yīng)該以能否適應(yīng)水流的變化為標(biāo)準(zhǔn)。因此，只有提高對(duì)場(chǎng)地的水流特征的認(rèn)識(shí)，才能對(duì)激流運(yùn)動(dòng)技術(shù)運(yùn)用有實(shí)質(zhì)上的理解，運(yùn)動(dòng)技術(shù)水平才能有質(zhì)的飛躍。為了解決這一問(wèn)題，盡快提高我國(guó)運(yùn)動(dòng)員對(duì)場(chǎng)地和水流的認(rèn)識(shí)，就必須對(duì)激流回旋賽道的水流特征進(jìn)行研究分析。皮劃艇激流回旋比賽賽道千變?nèi)f化，水流的大小也不一樣，然而它還是存在一些規(guī)律可循。本書(shū)介紹了流體力學(xué)、水力學(xué)基本原理和CFD的基本方法；用明渠恒定非均勻流的基本微分方程，計(jì)算南京激流回旋航道水面高程的沿程變化規(guī)律；再采用混合有限分析法求解激流回旋航道水流的速度分布規(guī)律，采用SIMPLER算法對(duì)水位場(chǎng)進(jìn)行了求解；利用FLUENT軟件、標(biāo)準(zhǔn)的k一￡模型對(duì)皮劃艇激流回旋航道典型障礙物水流特征進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。通過(guò)與已發(fā)表文章中實(shí)測(cè)算例進(jìn)行對(duì)比，本書(shū)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，為皮劃艇激流回旋運(yùn)動(dòng)技術(shù)理論上的研究推進(jìn)了第一步。激流回旋項(xiàng)目是一個(gè)以體能為主導(dǎo)的速度和技能要求高的項(xiàng)目。它對(duì)腿、腰、腹、臂等力量有極高的要求，不僅需要運(yùn)動(dòng)員以最快的速度在最短的時(shí)間內(nèi)劃完全程路線，而且還要準(zhǔn)確無(wú)誤地穿越順?biāo)T和逆水門，甚至在翻船的情況下，完成愛(ài)斯基摩翻滾，所以它是一個(gè)對(duì)力量和技術(shù)要求極高的項(xiàng)目。

內(nèi)容概要

　　激流回旋項(xiàng)目是一個(gè)以體能為主導(dǎo)的速度和技能要求高的項(xiàng)目。《皮劃艇激流回旋航道水流的數(shù)值模擬與力量測(cè)試》介紹了流體力學(xué)、水力學(xué)基本原理和CFD的基本方法；用明渠恒定非均勻流的基本微分方程，計(jì)算南京激流回旋航道水面高程的沿程變化規(guī)律；再采用混合有限分析法求解激流回旋航道水流的速度分布規(guī)律，采用SIMPLER算法對(duì)水位場(chǎng)進(jìn)行了求解；利用FLUENT軟件、標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型對(duì)皮劃艇激流回旋航道典型障礙物水流特征進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。通過(guò)與已發(fā)表文章中實(shí)測(cè)算例進(jìn)行對(duì)比，《皮劃艇激流回旋航道水流的數(shù)值模擬與力量測(cè)試》的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，為皮劃艇激流回旋運(yùn)動(dòng)技術(shù)理論上的研究推進(jìn)了第一步。

作者簡(jiǎn)介

易名農(nóng)，男，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師。1961年3月生于武漢市武昌區(qū)。1983年畢業(yè)于湖北大學(xué)物理系，分配到武漢體育學(xué)院競(jìng)技體校任教，2000年武漢體育學(xué)院生物力學(xué)碩士畢業(yè)，2007年武漢理工大學(xué)流體力學(xué)博士畢業(yè)?，F(xiàn)任武漢體育學(xué)院體育工程與信息技術(shù)系副主任。主要研究方向?yàn)樗线\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方面的力學(xué)分析，主持過(guò)2004年國(guó)家體育總局奧運(yùn)會(huì)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目1項(xiàng)，廳局級(jí)課題2項(xiàng)，合著《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》，專著2本，獲得3項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇，其中被三大檢索EI收錄論文1篇，參加國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家體育總局等省部級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)。

書(shū)籍目錄

第一章 皮劃艇激流回旋運(yùn)動(dòng)發(fā)展簡(jiǎn)史(1)第一節(jié) 世界皮劃艇運(yùn)動(dòng)的起源和發(fā)展(1)第二節(jié) 我國(guó)皮劃艇運(yùn)動(dòng)的發(fā)展(3)第三節(jié) 皮劃艇激流運(yùn)動(dòng)的研究現(xiàn)狀(4)第二章 皮劃艇激流航道水流的基本特征(7)第一節(jié) 皮劃艇激流航道概況(7)第二節(jié) 皮劃艇激流航道水流的基本特征(8)第三節(jié) 激流皮劃艇技術(shù)的分析(11)第三章 流體力學(xué)基礎(chǔ)(15)第一節(jié) 基本概念(15)第二節(jié) 流體靜力學(xué)(21)第三節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本方程(27)第四章 激流回旋航道的水力計(jì)算(34)第一節(jié) 航道恒定流動(dòng)基礎(chǔ)(34)第二節(jié) 計(jì)算過(guò)水?dāng)嗝嬉氐墓?40)第三節(jié) 梯形斷面航道的水力計(jì)算(43)第四節(jié) 水力最佳斷面航道的計(jì)算(51)第五章 南京激流回旋比賽航道水流特性的數(shù)值模擬(55)第一節(jié) 皮劃艇激流回旋比賽航道沿程水深變化的計(jì)算(55)第二節(jié) 激流回旋比賽航道流場(chǎng)特性的數(shù)值模擬(58)第三節(jié) 激流回旋比賽航道水流計(jì)算(62)第六章 不可壓縮粘性流動(dòng)的數(shù)值模擬(71)第一節(jié) 數(shù)值模擬的常用軟件(72)第二節(jié) 數(shù)值模擬的離散方法(74)第三節(jié) 數(shù)值模擬的湍流模型(76)第四節(jié) 自由液面的數(shù)值模擬(76)第五節(jié) 計(jì)算網(wǎng)格(78)第六節(jié) 數(shù)值模擬結(jié)果的可視化(79)第七章 FLUENT簡(jiǎn)介(81)第一節(jié) 程序的結(jié)構(gòu)(81)第二節(jié) 網(wǎng)格的類型(83)第三節(jié) 邊界條件的處理(84)第四節(jié) 操作壓力的確定(88)第五節(jié) 湍流模型(88)第六節(jié) 求解器(91)第八章 皮劃艇激流回旋航道典型障礙物水流特征的數(shù)值模擬(95)第一節(jié) 實(shí)際丁壩尺寸和網(wǎng)格劃分(96)第二節(jié) 數(shù)值計(jì)算方法(98)第三節(jié) 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析(98)第九章 皮劃艇激流回旋項(xiàng)目力量素質(zhì)的測(cè)試與評(píng)價(jià)(111)第一節(jié) 激流回旋項(xiàng)目的力量測(cè)試原理與設(shè)備(111)第二節(jié) 激流回旋項(xiàng)目的力量測(cè)試指標(biāo)體系(113)第三節(jié) 激流回旋項(xiàng)目的力量測(cè)試評(píng)價(jià)體系(116)第四節(jié) 力量測(cè)試結(jié)果與分析(121)參考文獻(xiàn)(150)

章節(jié)摘錄

插圖：一、雷諾時(shí)均模型這是目前應(yīng)用最廣泛的湍流數(shù)值模擬方法，模型分為兩大類：雷諾應(yīng)力模型和渦粘模型。雷諾應(yīng)力模型又分為雷諾應(yīng)力方程模型和代數(shù)應(yīng)力方程模型。通常情況下，雷諾應(yīng)力方程是微分形式，所以稱為雷諾應(yīng)力方程模型。若將其微分形式簡(jiǎn)化為代數(shù)方程的形式，則稱為代數(shù)應(yīng)力方程模型。渦粘模型是基于Boussinesq假定的紊動(dòng)粘性模型，它分為零方程模型、一方程模型和二方程模型。在二方程模型中應(yīng)用最廣泛，最基本的二方程模型是標(biāo)準(zhǔn)k_E模型，此外，還有各種改進(jìn)的k-e模型。有關(guān)各類雷諾時(shí)均湍流模型的特點(diǎn)及應(yīng)用可參見(jiàn)文獻(xiàn)。二、大渦模擬模型（LES）在湍流流動(dòng)的模擬過(guò)程中，既要求計(jì)算區(qū)域大到湍流流動(dòng)中出現(xiàn)的最大尺度渦，又要求計(jì)算網(wǎng)格的尺度小到可以分辨湍流流動(dòng)出現(xiàn)的最小尺度渦。就目前的計(jì)算能力模擬全尺度的渦存在困難，再則小尺度渦的運(yùn)動(dòng)受流動(dòng)邊界條件的影響很小，且近似是各相同性的，湍流流動(dòng)中大部分質(zhì)量、動(dòng)量或能量的輸運(yùn)主要來(lái)自于大渦運(yùn)動(dòng)。因此，如果用瞬時(shí)的N-S方程直接模擬湍流中的大尺度渦，不直接模擬小尺度渦，而將比網(wǎng)格尺度小的小渦對(duì)大渦的影響通過(guò)近似的模型來(lái)考慮，使得通過(guò)模型提供的計(jì)算在整個(gè)求解中只占很小的比重，降低最終結(jié)果對(duì)模型的依賴性，從而達(dá)到提高計(jì)算精度的目的，這就是大渦模擬的基本思想。大渦模擬方法是目前計(jì)算流體力學(xué)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。

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《皮劃艇激流回旋航道水流的數(shù)值模擬與力量測(cè)試》是由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社出版的。

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